[发明专利]二氧化碳激光切割模切板缝宽图像实时检控装置及方法

说明书

本发明公开了一种二氧化碳激光切割模切板缝宽图像实时检控装置及方法，所述装置包括位于激光切割头下端的辅助光源组件和位于激光切割头一侧的旁轴光学镜头组件，其中辅助光源组件包括支架和三个辅助光源，支架固连于激光切割头的下端，三个辅助光源固连在支架上且呈等距分布，其出射光的交点位于切割点上；所述旁轴光学镜头组件包括相机上支架、相机下支架、相机托架、CCD相机、滤光片和工业远心镜头。本发明用于解决激光切割模切板割缝宽度的高效、自动和准确检测及控制等问题，且成本低、结构小巧、便于安装、易于操作。

技术领域

本发明属于光电检测领域，特别是二氧化碳激光切割模切板缝宽图像实时检控装置及方法。

背景技术

印刷包装业诸多产品及电子数码产品的制造过程中需要用到大量的模切板。由于模切工艺的多样性，模切板上的刀、线的规格多种多样，模切板的材质、厚度和板上的割缝宽度也有很多规格。模切板对缝宽的要求相对严格，缝宽了，对镶进去的刀、线的夹持力会很小，容易造成掉刀，严重时会损坏模切机。缝窄了，刀镶不进去或勉强镶进去会造成整块模切板的变形，导致无法使用。激光切割作为目前模切板最主要的加工手段，虽然较传统工艺效率大为提高，但因其切割过程相对复杂，使得割缝缝宽的一致性得不到保证。

实验所用模切板为18mm厚，幅面尺寸1.22米×2.44米的桦木层压板。

目前，对割缝宽度的测量方法主要有两类，一类是采用塞尺手工测量，这种方法操作麻烦、效率低、精度差，另一类是利用图像尺寸测量仪对切割下来的板材进行测量，测量仪价格昂贵、只能单点测量，而且这两类方法都无法做到实时测量。国内的机器视觉检测多集中在激光焊接领域，且都以焊接点处的熔池为检测对象，由于激光切割模切板时，切割点处的烧蚀火焰会受到辅助气体等外界环境的影响而使得其与缝宽无明显的线性关系。

因此，在二氧化碳激光切割模切板领域里迫切需要一种高精度、实时、自动的缝宽检控装置及方法。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种二氧化碳激光切割模切板缝宽图像实时检控装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种二氧化碳激光切割模切板缝宽图像实时检控装置，包括位于激光切割头下端的辅助光源组件和位于激光切割头一侧的旁轴光学镜头组件，其中辅助光源组件包括支架和三个辅助光源，支架固连于激光切割头的下端，三个辅助光源固连在支架上且呈等距分布，其出射光的交点位于切割点上；所述旁轴光学镜头组件包括相机上支架、相机下支架、相机托架、CCD相机、滤光片和工业远心镜头，其中相机上支架固定于机床固定板上，相机上支架的下端设置相机下支架，相机下支架上设置相机托架，相机托架上固连CCD相机，CCD相机的前端设置工业远心镜头，CCD相机和工业远心镜头之间设置滤光片；其中相机下支架与相机上支架的下端活动连接，相机托架与相机下支架活动连接。

一种基于上述二氧化碳激光切割模切板缝宽图像实时检控装置的检控方法，包括以下步骤：

步骤1、确定波长窗口，用光纤光谱仪检测二氧化碳激光切割模切板时切割点处的光谱图，并通过分析光谱曲线，选取380nm波段辅助光源与滤光片；

步骤2、相机标定，将标准标定板置于远心镜头焦距上，用CCD相机对其进行多组拍摄，得到目标单位宽度对应的像素平均值；

步骤3、割缝图像采集，用CCD相机对准切割区域，并使切割点位于图像中心，拍摄激光切割后形成的包含割缝的连续图像；

步骤4、缝宽检测，对步骤3中得到的割缝图像，通过增强、滤波、二值化、开运算、边缘检测、区域灰度值累加得到缝宽在图像中对应的像素值；

步骤5、对缝宽实际值进行计算，得到缝宽实际宽度值；

步骤6、缝宽控制，利用检测所得缝宽值与预设缝宽值的差值对切割头进行控制，实现缝宽的随动控制。